多速率自適應(yīng)技術(shù)在Ir協(xié)議中的應(yīng)用

摘要：以TI公司的TLK10002為例，研究了多速率環(huán)境下的PRU設(shè)備自適應(yīng)接入問題，給出了RRU設(shè)備速率自適應(yīng)的流程圖和方法。采用本方案的RRU設(shè)備，能夠自動(dòng)進(jìn)行通信速率調(diào)整，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度和工作量，具有廣闊應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：Ir協(xié)議；RRU BBU；自適應(yīng)；多速率；TD

    基于基帶單元(BBU)加遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)的分布式基站架構(gòu)以其低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、施工方便、節(jié)約基站站址資源等優(yōu)勢，在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)被廣泛使用。通常BBU和RRU之間采用光纖進(jìn)行基帶數(shù)據(jù)和信令信息傳輸，其常用的數(shù)據(jù)接口有CPRI和OBSAI兩種標(biāo)準(zhǔn)。目前中國TD-SCDMA(以下簡稱TD)網(wǎng)絡(luò)的BBU和RRU采用自主研制的Ir協(xié)議來傳輸基帶數(shù)據(jù)和信令信息。Ir協(xié)議具有多種傳輸速率，如1．2288 Gbps(以下簡稱1．2 G)，2．4576 Gbps(以下簡稱2．5 G)和6．144 Gbps(以下簡稱6 G)等。由于TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是分階段展開的，必然會(huì)出現(xiàn)不同速率接口設(shè)備混合組網(wǎng)的問題。因此研制具備對不同速率接口具有自適應(yīng)能力的RRU設(shè)備具有重要意義。文中將以TI公司TLK10002為平臺開展研究。

1 TD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
1．1 TD分布式基站架構(gòu)
    TD基站架構(gòu)是由BBU和RRU設(shè)備構(gòu)成。其核心思想是將基站的基帶部分和射頻部分分開，射頻(PRU)部分可以根據(jù)需要靈活放置于任何地方，BBU設(shè)備集中放置使多個(gè)PRU設(shè)備共享基帶資源，BBU通過光纖與建筑物內(nèi)的多個(gè)RRU連接?；谶@種架構(gòu)的基站具有組網(wǎng)方式靈活、組網(wǎng)性能高和擴(kuò)容靈活等優(yōu)勢。
    目前TD網(wǎng)絡(luò)中，BBU和RRU之間的接口采用中國自行研制的Ir協(xié)議。該協(xié)議支持BBU和RRU設(shè)備之間的點(diǎn)對點(diǎn)鏈接，星形鏈接，鏈形鏈接，環(huán)形鏈接等多種方式。在工程應(yīng)用中常見的是鏈形鏈接和星形鏈接的混合組網(wǎng)，如圖1所示。

    在TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于用戶數(shù)量較少，BBU和RRU之間的接口多采用1．2 G速率的Ir協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)24載扇數(shù)據(jù)傳送。在TD網(wǎng)建設(shè)中期，隨著用戶數(shù)量增多和設(shè)備功能增強(qiáng)，Ir協(xié)議接口速率升至2．5 G，隨之支持2．5 G的RRU設(shè)備大量應(yīng)用于TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。目前部分TD基站Ir協(xié)議接口速率達(dá)到6 G。
    隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容，高速接口設(shè)備與低速接口設(shè)備共同工作在同一個(gè)通信鏈路上，由于通信速率的不同，彼此無法進(jìn)行正常的通信，所以多速率自適應(yīng)技術(shù)成為TD基站混合組網(wǎng)問題的關(guān)鍵。
1．2 串行器／解串器功能
    圖2是RRU光纖接口原理示意圖。在下行方向，光纖收發(fā)器將光纖傳送的光信號轉(zhuǎn)換成電信號提供給串行／解串器，進(jìn)行串并／并轉(zhuǎn)換，將低速并行信號傳送到FPGA，由其根據(jù)Ir協(xié)議要求將本級RRU所需要的數(shù)據(jù)提取出來，并將接收到的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)發(fā)至下聯(lián)光纖接口，傳送給下一級RRU；在上行方向，F(xiàn)PGA接收來自于下一級RRU的上行數(shù)據(jù)，并將本級RRU需要上傳的數(shù)據(jù)根據(jù)Ir協(xié)議插入到相應(yīng)的位置，再將重組后的低速并行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給串行／解串器進(jìn)行并／串轉(zhuǎn)換，繼而將高速串行電信號送給光纖收發(fā)器，由其將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，從光纖發(fā)送出去。

    圖2所示的串行／解串器是光纖接口的核心器件。應(yīng)具備以下功能：1)數(shù)據(jù)串／并轉(zhuǎn)換和并／串轉(zhuǎn)換功能，即將高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低速并行數(shù)據(jù)，和將低速并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高速串行數(shù)據(jù)；2)時(shí)鐘提取功能，即將包含在數(shù)據(jù)中的時(shí)鐘信息提取出來，供后續(xù)時(shí)鐘電路使用；3)8B／10B編解碼功能，在下行，進(jìn)行8B／10B的解碼，在上行，進(jìn)行8B／10B的編碼；4)線路的監(jiān)測功能，串行／解串器位于RRU整個(gè)電路的前端，它能監(jiān)測到線路上的變化，如8B／10B編解碼錯(cuò)誤，線路信號的惡化等。
1．3 TLK10002功能介紹
    TLK10002是TI公司推出的一款雙通道的串行／解串器芯片，它具有以下主要特點(diǎn)：1)低速端數(shù)據(jù)速率范圍為0．5Gbps至5 Gbps，高速端數(shù)據(jù)速率范圍為1 Gbps至10 Gbps；2)支持所有的CPRI和OSBAI速率；3)支持8 B／10 B編解碼功能：4)同一種參考時(shí)鐘支持不同的光接口速率；5)信號丟失(LOS)檢測功能。

    TLK10002可通過MDIO接口對其工作狀態(tài)進(jìn)行控制和讀取，目前已大量應(yīng)用在基站設(shè)備中。其功能框圖如圖3所示。

2 光纖接口多速率自適應(yīng)方案
2．1 多速率自適應(yīng)原理
    首先將Ir協(xié)議涉及的光纖接口通信速率逐一配置到串行／解串器，通過獲取串行／解串器的狀態(tài)判斷是否檢測到通信中約定的碼特定型來進(jìn)行通信速率動(dòng)態(tài)調(diào)整。
    在通信系統(tǒng)中，一般要對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行一定的編碼來達(dá)到特定功能，目前通信系統(tǒng)中所用的高速串行數(shù)據(jù)傳輸，一般采用8B／10B編碼，Ir協(xié)議也如此。8B／10B中的K碼由于其唯一性而作控制之用。K碼的選擇有其特殊性，在不同的速率情況下，保證不會(huì)被誤判。只有在傳輸中，解碼芯片識別到K碼之后，才會(huì)認(rèn)為通信鏈路已正常建立。
    當(dāng)TLK10002芯片中的COMMA DETECT電路，檢測到K碼，并識別之后，會(huì)給出提示信號，表明通信鏈路同步已經(jīng)建立，可以進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。本方案正是利用TLK10002的K碼識別功能來進(jìn)行多速率自適應(yīng)設(shè)計(jì)的。
2．2 多速率自適應(yīng)工作流程
    以使用TLK10002的RRU設(shè)備為例，在系統(tǒng)上電后首先從FPGA向TLK10002配置默認(rèn)的1．2 G光纖接口通信速率，然后讀取TLK10002通道同步狀態(tài)置，如果同步成功，則建立后續(xù)通信，開始串／并轉(zhuǎn)換；若失敗，則從FPGA向TLK10002配置2．5G光纖接口通信速率，重復(fù)上述過程，直至Ir協(xié)議中所有通信速率均經(jīng)過TLK10002的K碼檢測，并查詢到匹配速率，建立后續(xù)通信。文中以1．2 G、2．5 G和6 G速率進(jìn)行自適應(yīng)匹配方法描述，其流程如圖4所示。

    對光纖接口多速率白適工作流程可按如下幾個(gè)步驟進(jìn)行：
    1)判斷光纖收發(fā)器是否存在。由圖3可知，要檢測光纖接口速率，首先是光纖收發(fā)模塊已正常工作。所以在圖4中，第一步是檢測光纖收發(fā)器是否在位。只有在光纖收發(fā)器在位的條件下，以后的檢測才有意義，如果收發(fā)器不在位，那么發(fā)送光纖收發(fā)器丟失指示信號。
    2)光纖收發(fā)器速率檢測。由于大部分光纖收發(fā)器支持?jǐn)?shù)字信息查詢，可通過數(shù)字接口讀取光纖收發(fā)器支持的速率信息。如果收發(fā)器速率信息為1．2 G，則表示此收發(fā)器最高能支持1．2 G光信號，RRU最高只能工作在1．2 G模式下，就不需要再進(jìn)行后續(xù)的自適應(yīng)了。如果讀取后發(fā)現(xiàn)是2．5 G或6 G的收發(fā)器，則必須進(jìn)行后續(xù)自適應(yīng)工作。
    3)光纖收發(fā)器速率檢測之后，需要檢測本級RRU是否已接收到光信號。只有在已接收到光信號的時(shí)候，才可以進(jìn)行速率自適應(yīng)。LOS(信號丟失)信號表示收發(fā)器接收到的光功率不在收發(fā)器的正常工作范圍之內(nèi)。
    4)如果RRU已接收到上級設(shè)備發(fā)送的光信號，必須逐一匹配Ir協(xié)議規(guī)定的所有接口速率，文中先進(jìn)行1．2 G光纖速率接口匹配。先將TLK 10002配置成1．2 G的速率。
    5)延時(shí)后，讀取TLK10002的同步標(biāo)志寄存器。如果這個(gè)寄存器狀態(tài)為1，說明TLK10002已在數(shù)據(jù)流中找到了相應(yīng)的COMMA信號，說明速率已適配成功。
    6)如果讀取到的同步標(biāo)志寄存器為0，表示速率未匹配。此時(shí)將TLK10002配置成另外一種速率即2．5 G進(jìn)匹配，成功則建立通信鏈路，失敗再進(jìn)行6 G匹配，如果成功建立通信鏈路，如果失敗通過狀態(tài)指示燈進(jìn)行報(bào)警，由人工進(jìn)行相應(yīng)處理。

3 效果驗(yàn)證
    通過在實(shí)驗(yàn)室以圖1的方式進(jìn)行十級RRU混合組網(wǎng)試驗(yàn)。BBU光纖收發(fā)裝置為6 G，10個(gè)RRU光纖收發(fā)器為1．2G。將各級RRU光纖正確連接，經(jīng)測試每級RRU告警指示燈亮，表明RRU未能正確匹配BBU速率。然后將BBU光接口配置為2．5 G，RRU的光收發(fā)器更換為6 G，重新連接，經(jīng)測試每級RRU均自適應(yīng)的工作在2．5 G。最后將BBU光接口配置為2．5G，4個(gè)RRU光收發(fā)器更換為2．5G，其他6個(gè)為6G，經(jīng)測試每級RRU均自適應(yīng)的工作在2．5 C。表明在混合組網(wǎng)下的多速率自適應(yīng)接口設(shè)計(jì)是成功的。
    通過上述測試實(shí)驗(yàn)說明，文中所述的光纖接口多速率自適應(yīng)方案已經(jīng)具備一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語
    隨著光通信技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的嫁接應(yīng)用，基站設(shè)備供應(yīng)商必須不斷提高新設(shè)備對原有設(shè)備的自適應(yīng)能力。本文就以TLK10002為例，對RRU光接口的多種速率自適應(yīng)進(jìn)行了探討，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明該方案可行?？梢酝茝V到更多的通信自適應(yīng)設(shè)備中。